JPS63311772A - 電界効果半導体装置 - Google Patents

電界効果半導体装置

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JPS63311772A
JPS63311772A JP14621687A JP14621687A JPS63311772A JP S63311772 A JPS63311772 A JP S63311772A JP 14621687 A JP14621687 A JP 14621687A JP 14621687 A JP14621687 A JP 14621687A JP S63311772 A JPS63311772 A JP S63311772A
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JP
Japan
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layer
channel layer
inp
alas
substrate
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Pending
Application number
JP14621687A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomonori Ishikawa
石川 知則
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、電界効果半導体装置に於いて、InP基板上
にi型1nGaAsチャネル層及び/IAs/不純物含
有Aj!InAsの歪入り超格子からなるキャリヤ供給
層を形成することに依り、チャネル層とキャリヤ供給層
間のバンド不連続を大にして二次元キャリヤ・ガスの濃
度n、を高め、相互コンダクタンスg、を向上して高速
化した集積回路装置を実現させる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、選択ドープ・ヘテロ構造に依って生成される
二次元キャリヤ・ガス層をチャネルとして利用すること
で高速化した電界効果半導体装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
前記した種類の電界効果半導体装置に用いる材料及び選
択ドープ・ヘテロ構造として、GaAs基板上に成長し
たG a A s / A 1 に a A S 、或
いは、InP基板上に成長したI n +1. S3G
 a 6.4?A S/Ino、%□A1゜、411A
3などの構成が主として用いられている。
このような材料及び選択ドープ構造を用いた場合、高い
キャリヤ移動度が得られるので、高速集積回路装置への
応用が期待され、また、実現されつつあるが、より高速
化する為には、相互コンダクタンスg、を更に大きくす
る必要があり、それにはチャネルに於けるキャリヤ濃度
n、を高めることが重要である。
ところで、そのようなキャリヤ濃度n、は、ドープM(
例えばn型AlGaAs或いはn型InAJAs)とチ
ャネル層(例えばGaAs或いはInGaAs)との間
に於ける電子親和力の差並びにドープ層へのドーピング
濃度に依存し、従って、同じドーピング濃度であれば、
電子親和力の差が大であるI n G a A s /
 I n A 12 A s系の方が有利であり、実際
に於いても、シングル・ヘテロ構造で最大でns =3
 X 1012(cm−”)が得られている。因みに、
G a A s / A j? G a A s系の場
合には高々n5=IX10目(cm−”3程度である。
第4図はInGaAs/InAJAs系の従来例を説明
する為の要部切断側面図を表している。
図に於いて、 11はInPからなる基板、 12はI n 0.53G a o、 4?A Sから
なるチャネル層、13はn型1 n 0.52A !!
o、 411A Sからなる電子供給層 をそれぞれ示している。
第5図は第4図に見られる従来例のエネルギ・バンド・
ダイヤグラムを表し、第4図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、EFはフェルミ・レベル、ECは伝導帯の
底、Evは価電子帯の頂、Eelはドナーのエネルギ・
レベルをそれぞれ示している。
このような半導体層構成の電界効果半導体装置に於いて
は、チャネル層12と電子供給層13とのバンド不連続
を利用して二次元電子をM積し、それをチャネルとして
電子を高速で走行させることは良く知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記したように、I nGaAs/I nA/As系の
場合、かなり良好な性能を得ることが可能であり、例え
ば、InP基板に格子整合させたInGaAs/InA
l2As系に於いては、In11.S2A I! 0.
411A SとI n O,53G a O,4?A 
sとの間のバンド不連続量が0.55 (eV)であり
、例えばGaAs/A/!XGa、−st As (x
=0.3)が0.3 (eV)であるのと比較すれば迩
かに大であり、高いキャリヤ濃度n、を実現することが
できる。然しながら、そのInGaAs/InAl1A
s系に於けるよりも更に高いキャリヤ濃度n。
を実現することができれば、より高い相互コンダクタン
スg1が得られ、集積回路装置を高速化する上で好まし
いことは云うまでもない。尚、これを実現できる可能性
があるような広いエネルギ・バンド・ギャップをもち、
且つ、InP基板に格子整合する材料としては、A I
 A Sy S b+−yを挙げることができるが、こ
れは■族元素の混晶であり、成長技術に困難な点が多い
本発明は、キャリヤ供給層に歪入り超格子を利用するこ
とで、従来よりもワイド・ギャップである材料の使用を
可能にし、二次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤ濃
度nsが高く、従って、相互コンダクタンスg、が大き
い電界効果半導体装置を実現できるようにする。
〔問題点を解決するための手段〕
前記したような選択ドープ・ヘテロ構造を考える場合、
例えばInGaAs/InAlAs系ではInP基板に
格子整合させることを必須としてきた。然しなから、近
年、格子整合の条件を満足しなくても、層厚が充分に薄
い場合には、弾性限界内で格子が歪むことに依り、良質
のエピタキシャル成長結晶を得ることができるようにな
り、これを歪入り超格子と呼んでいる。
この歪入り超格子を選択ドープ・ヘテロ構造に於けるキ
ャリヤ供給層として利用すれば、基板との格子整合を意
に介することなく、ワイド・ギャップの材料を用いてチ
ャネル層とのバンド不連続を大きくして高いキャリヤ濃
度n、を実現することが可能になる。
そこで、本発明に依る電界効果半導体装置に於いては、
InPからなる基板(例えばInPからなる基板1)の
上に形成されたi型1nGaAsからなるチャネル層(
例えばI n 6. S3G a O,4?A Sから
なるチャネル層2)と、該チャネル層の上に形成された
Aj2As (例えばA6As層3A)並びに不純物含
有InAt’As(例えばn型■no、szAj!o、
4sAs層3B)からなる歪入り超格子のキャリヤ供給
層(例えばA I A s / n  I no、st
A l o、 4aA Sからなる歪入り超格子(超ド
ープ構造)の電子供給層3)とを備えた構成になってい
る。
ここで用いる歪入り超格子のキャリヤ供給層としては、
A7!As並びにI n O,S2A 12 o、 a
aA Sを10〜20〔人〕程度の繰り返し積層構造と
することに依り、格子不整合に起因する転位の発生を抑
止すると共にI n o、 szA l o、 a8A
 s層のみにSiなどの不純物をドーピングするもので
あり、このようにすると、従来、A IlA s / 
n −G a A s系で知られている超ドープ構造と
同様になる。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り実効的なドナー・レベルはA
ffAsの伝導帯の底の近傍にくる為、キャリヤ供給層
としてI n A j! A sのみを用いた場合に比
較して実効的にワイド・ギャップとなってI n o、
 ssG a 0.4?A Sからなるチャネル層との
間のバンド不連続は大となり、より高いキャリヤ濃度n
、が得られ、その結果、相互コンダクタンスg、は高く
なり、高速の集積回路装置を構成する場合に有利である
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図を表している
図に於いて、 1はInPからなる基板、 2は[n o、 SsG a o、 4?A Sからな
るチャネル層、3はA It A 5 / n  I 
n6.BA lo、asA Sからなる歪入り超格子(
超ドープ構造)の電子供給層をそれぞれ示している。
斯かる構成を形成するには、分子線エピタキシャル成長
(molecular  beam  epitaxy
:MBE)技術或いは有機金属化学気相堆積(meta
lorganic  chemical  vapor
  deposition:MOCV D)技術を適用
することに依り、InP基板1上にそれと格子整合する
厚さ例えば0.5〜1 (8m3程度のI n 6.5
3 G a 6.47 A Sチャネル層2を成長させ
、それに引き続いて、それぞれの厚さが例えば20 〔
人〕程度であるA I A s / nI n o、 
szA 7io、 4aA sを必要層数骨だけ繰り返
し成長させて歪入り超格子の電子供給層3を形成する。
ここで、歪入り超格子の構成要素であるドープ層は、I
nPに格子整合させる必要があることから、I n o
、 szA 10.411A Sなる組成を選択しであ
る。
第2図は第1図に見られる本発明一実施例のエネルギ・
バンド・ダイヤグラムを表し、第1図及び第5図に於い
て用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味
を持つものとする。
図に於いて、3Aは歪入り超格子の構成要素であるA#
As層、3Bは同じく歪入り超格子の構成要素であるn
型1 n o、 szA 1 o、 nsA s層をそ
れぞれ示し、また、ハツチングは不純物、この場合、S
iがドーピングされていることを示し、更にまた、一点
鎖線は電子供給層3に於ける実効的なドナーのエネルギ
・レベルを示している。
第2図から明らかなように、実効的なドナーのエネルギ
・レベルはn型1 no、szA 1to、aeA S
Hに於ける伝導帯の底ECよりも海かに高くなるから、
I n 6. +13G a o、 47A sチャネ
ル層2との間のバンド不連続は大であり、従って、第4
図並びに第5図について説明したInGaAs/n−I
nAj!As系のものと比較すると、多量の二次元電子
を蓄積することができる。
第3図は第1図に見られる層構成を用いた電界効果半導
体装置の具体例を表す要部切断側面図であり、第1図に
於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ
意味を持つものとする。
図に於いて、4はI n o、 S3G a o、 4
.A s電極コンタクト層、5はオーミック・コンタク
トのソース電極、6は同じくオーミック・コンタクトの
ドレイン電極、7はショットキ・コンタクトのゲート電
極をそれぞれ示している。
本実施例は、その相互コンダクタンスg、が大で、集積
回路装置の高速化に寄与し得ることは云うまでもない。
〔発明の効果〕
本発明に依る電界効果半導体装置に於いては、InP基
板上にi型1nGaAsチャネル層及び、Al1As/
不純物含有Aj!InAsの歪入り超格子からなるキャ
リヤ供給層を形成しである。
前記構成を採ることに依り実効的なドナー・レベルはA
ffAsの伝導帯の底の近傍にくる為、キャリヤ供給層
としてInAj?Asのみを用いた場合に比較して実効
的にワイド・ギャップとなってIn0,5.Ga、、り
Asからなるチャネル層との間のバンド不連続は大とな
り、より高いキャリヤ濃度n3が得られ、その結果、相
互コンダクタンスg1は高くなり、高速の集積回路装置
を構成する場合に有利である。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図は第
1図に見られる実施例のエネルギ・バンド・ダイヤグラ
ム、第3図は本発明に於ける具体的な一実施例の要部切
断側面図、第4図は従来例の要部切断側面図、第5図は
第4図に見られる従来例のエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラムをそれぞれ表している。 図に於いて、 1はInPからなる基板、 2はI n O,S3G a o、 4?A Sからな
るチャネル層、3はAAAs/n  Ino、5zAj
2o、4sASからなる歪入り超格子(超ドープ構造)
の電子供給層をそれぞれ示している。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 一 実施例の要部切Wfr側画図 第1図 実施例のエネルギ゛・パン國・夕゛イヤグしム第2図 実施例の要部切断側面図 第3図 従来例の要部切断側面図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 InPからなる基板の上に形成されたi型InGaAs
    からなるチャネル層と、 該チャネル層の上に形成されたAlAs並びに不純物含
    有AlInAsからなる歪入り超格子のキャリヤ供給層
    と を備えてなることを特徴とする電界効果半導体装置。
JP14621687A 1987-06-13 1987-06-13 電界効果半導体装置 Pending JPS63311772A (ja)

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JP14621687A JPS63311772A (ja) 1987-06-13 1987-06-13 電界効果半導体装置

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ID=15402734

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0522952A2 (fr) * 1991-07-08 1993-01-13 France Telecom Transistor à effet de champ, à couches minces de barrière et couche mince dopée
EP0780906A3 (en) * 1995-12-19 1997-10-01 Nec Corp High electronic mobility transistor with an InAs / InGaAs superlattice

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